铁电阴极二极管发射特性研究

【摘要】：铁电阴极二极管是一种新型电子束源，本文主要从理论和实验两个方面对其发射特性进行初步研究。 文章通过理论分析和计算，得到以下一些结论： 1．铁电阴极二极管电子发射过程中极化反转起决定性作用，场致发射电流可以忽略，等离子体爆炸发射在极化电场达到一定强度时发生，阴极发射能力与极化电场间满足幂为3的指数关系。 2．铁电阴极二极管中，电流密度不仅与二极管加速电压、阴阳极间隙有关，还与发射电子的初始能量有关；在工作环境范围内，真空度的变化对发射电流密度无明显影响；束流发射度与阴极有效发射半径、发射电子初始能量有关；最大重复频率与极化驰豫时间成反比。 3．施主杂质产生的内偏场可以改善铁电材料的发射状况、决定极化脉冲极性的设计；阴极发射能力与阴极厚度的三分之四次方成正比；要消除条栅电极的影响，阴极的厚度要大于1mm；极化反转发射电流与极化脉冲极性、宽度也有密切关系。 另外，通过对铁电阴极二极管试验结果进行分析，作者得到以下结论： 1．阴极发射能力与极化电场的三次方成正比，当极化电场达到1.7kV／mm时，出现等离子体发射情况，没有场致发射电流。 2．极化电场超过1.6kV／mm时，二极管电流变成空间电荷限制电流，Child-Langmuir定律的修正公式成立，二极管真空度从1.2×10~(-3)P_a到6.7×10~(-1)P_a之间变化不会导致二极管电流明显改变，阴极没有中毒。 3．对平行极化、方向指向阳极的样品，只要极化电场强度不是很大，宜选用正极性极化脉冲；条栅电极越密、阴极越厚，阴极表面损伤程度越轻；极化脉冲宽度为100-250ns时，发射电流密度最大。 本文实验结果与理论描述基本相符，可以为今后的继续研究打下初步基础。